輔助資訊呈現方式應用在行動載具對學習成效與認知負荷之影響-以國二氧化還原反應為例

國立交通大學

理學院碩士在職專班網路學習組

碩士論文

輔助資訊呈現方式應用在行動載具

對學習成效與認知負荷之影響

-以國二氧化還原反應為例

The Impacts on Learning Achievement and Cognitive Load of

Displaying Methods of Auxiliary Information Applied to Mobile Devices

- Using 8th Grade’s “Oxidation-Reduction” as an Example.

研究生：陳俊呈

指導教授：陳登吉博士

輔助資訊呈現方式應用在行動載具

對學習成效與認知負荷之影響

-以國二氧化還原反應為例

The Impacts on Learning Achievement and Cognitive Load of

Displaying Methods of Auxiliary Information Applied to Mobile Devices

- Using 8th Grade’s “Oxidation-Reduction” as an Example.

研 究 生：陳俊呈 Student：Chun-Cheng Chen

指導教授：陳登吉 博士 Advisor：Dr. Deng-Jyi Chen

國 立 交 通 大 學

理學院網路學習碩士在職專班

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Degree Program of E-Learning

Collage of Science

National Chiao Tung University

in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of

Master

In

Degree Program of E-Learning

June 2009

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

輔助資訊呈現方式應用在行動載具

對學習成效與認知負荷之影響

-以國二氧化還原反應為例

學生：陳俊呈 指導教授：陳登吉 博士 國立交通大學理學院網路學習碩士在職專班

摘 要

由於行動載具的螢幕較小，能呈現的資訊量也較少，因此對於學習者的學習產生了 許多的影響與限制，而輔助資訊可以適當的提供一些圖片及說明文字等輔助學習的資訊 來幫助學習，透過提供適當的相關輔助資訊可幫助學習者建立系統化的知識，所以對於 小螢幕而言，輔助資訊對學習者所提供的輔助佔了一個重要的角色，而它的呈現順序及 呈現方式也更顯重要。 本研究旨在探討輔助資訊在行動載具之多媒體教材的呈現方式對於學習者的學習 成效與認知負荷的影響，本研究採用準實驗設計方法，實驗對象為台北縣一所國中 4 個 班級的學生共 112 人，實驗教材為國二自然與生活科技「氧化還原反應」單元，本研究 將課程依照圖文的配置方式，圖文的出現方式以及圖文的出現順序設計成七種不同型式 的教材。將 112 位國中二年級的學生依前測成績分成七組，各組學生授予不同型式的教 材進行學習，並評量學生的學習成效及認知負荷。 依據實驗數據統計分析的結果發現如下： (1)在行動載具上，不同的圖文出現順序對於學生的學習成效有顯著的差異，且「圖 －文－文」出現順序的學習成效優於「文－文－圖」出現順序的學習成效。 (2)在行動載具上，不同的圖文配置方式對於學生的學習成效有顯著的差異，且圖文 分開並列的學習成效優於圖文整合的學習成效。 (3)行動載具上，不同的圖文出現方式對於學生的學習成效有顯著的差異，且圖文 依序出現的學習成效優於圖文同時出現的學習成效。

(4)在行動載具上，不同的圖文出現順序對於學生的學習成效有顯著的差異，且「圖 －文－文」出現順序的認知負荷低於「文－文－圖」出現順序的認知負荷。 (5)在行動載具上，不同的圖文配置方式對於學生的學習成效有顯著的差異，且圖文 分開並列的認知負荷低於圖文整合的認知負荷。 (6)行動載具上，不同的圖文出現方式對於學生的學習成效有顯著的差異，且圖文 依序出現的認知負荷低於圖文同時出現的認知負荷。 由本研究實驗結果可知：行動載具上之輔助資訊的呈現方式，以「圖片-文字-文字」 的出現順序最佳，圖文配置以圖文分列的配置方式最佳，出現方式以依序出現的方式最 佳，配置及出現方式的配對組合以圖文分列搭配依序出現的方式最佳。 本研究的結果，可提供作為行動載具的多媒體教材圖文設計及編輯的參考，對於教 材設計者在編輯行動載具的多媒體教材時，在圖文的出現順序、配置方式及出現的方式 等方面，提供一些行動載具的多媒體教材編輯原則。 關鍵字：多媒體輔助教學、輔助資訊、認知負荷、學習成效、行動載具

Student: Chun-Cheng Chen Advisor: Dr. Deng-Jyi Chen

Degree Program of E-Learning

College of Science

National Chiao Tung University

Abstract

Due to the smaller screen of mobile device, the displayed information contents are less than it would have. Therefore, the learning impact to the learner tends to be various and restrictive. Nonetheless, the auxiliary information can adequately provide some pertinent information for learning like diagrams and text, etc, to assist in the learning process. Learners can establish systematic knowledge background through provided relevant auxiliary information. Thus, for the smaller screen, assistance provided by auxiliary information does play an important role. In addition, its displayed sequence and the method would create more important impacts to the learner.

The purpose of this research intends to explore the scenarios, when auxiliary information is applied to mobile devices, what are the impacts to learning achievement and cognitive load for the learners, and these impacts were caused by two displaying methods via medias like pictures and texts. This research adopted methodology of Quasi-Experimental Designs, and the subjects of experimentation contain 112 students from four classes of junior high school in Taipei County. The experimenting teaching materials selected were the eighth grade “oxidation-reduction” unit from Natural Science and Life Technology.

This research would design the courses into seven different types by observing the appearing method and the appearing sequence of photos, pictures and texts. 112 students of eighth grades were divided into seven teams based on pre-test scores. And each team of the students was taught with different types of teaching materials in addition to assessment of the student’s learning achievement as well as cognitive load.

Based on the experimentation data analysis, the findings for this research are as follows： (1) In the area of mobile device, different appearing sequences for picture vs. text had significant differences as opposed to student’s learning achievement; in addition, the learning achievement in appearing sequence with “picture-text-text” was superior to that of “text-text-picture”.

(2) In mobile devices, different disposition for picture vs. text exhibited significant difference for student’s learning achievement. In addition, the learning achievement observed from separately posting arrangement for the picture and text was superior to that from integrated posting arrangement.

(3) In mobile devices, the different appearing patterns in picture and text exhibited significant differences in learning achievement. In addition, the picture and text appearing sequence rated in learning achievement was superior to that of simultaneous appearance with picture and text.

(4) In mobile devices, the different appearing sequence of picture and text exhibited significant difference in the student’s cognitive load. In addition, the cognitive load for appearing sequence like “picture-text-text” was inferior to that of “text-text-picture” sequence.

(5) In mobile devices, different picture-text disposition exhibited significant difference for student’s cognitive load; in addition, the cognitive load for separately posted picture-text arrangement was inferior to that from integrated posting of picture-text arrangement.

(6) In mobile devices, different appearing pattern for picture-text exhibited significant difference for student’s cognitive load. In addition, the cognitive load for picture-text appearing sequence was inferior to that of simultaneous appearance of picture-text.

From the experimental result, it can be learned that： The displaying format of auxiliary information on the mobile device would be rated best if presented in the sequence of “diagram-text-text”. And diagram-text disposition would be rated best if the diagram and text are separately arranged. The presentation approach would be rated best if sequentially presented. The matching group for disposition and the presentation approach would be rated best if the separate arrangements for diagram and text can match with the sequential presentation.

Findings of this research can be used to provide as references for the designing and editing of multimedia assisted instruction in mobile devices application. Additionally, it can provide some of multimedia teaching material editing principles, which can assist the designer in editing multimedia materials of mobile devices, especially when facing the challenges from picture-text appearing sequence, disposition as well as the appearance pattern.

Keywords: Multimedia Assisted Instruction, auxiliary information, cognitive load, Learning

誌 謝

在交通大學進修的這兩年，要感謝許多人在這一路上對我的指導與幫助，首先要感 謝指導教授陳登吉教授的指導，為我的研究開啟一扇大門，以及孔崇旭教授每個禮拜不 辭辛勞地在我的研究及論文上給予我細心的指導及觀念上的啟發，讓我能順利完成研究 及論文撰寫，還有曾建超教授及蔡明志教授在論文口試時給予我細心的指導與建議，讓 我的論文能更加完善。另外，也要感謝實驗室裡的同學們：辜郁雯學姐、張哲維同學、 孫秉文同學、羅鈺群同學、何詩欽同學在我的研究過程中提供協助，還有我所任教學校 的老師：徐宗佑老師、許仁忠老師、陳芝佑老師、游文楓老師及鄭如伶老師們的幫忙及 鼓勵，以及學校辦公室同仁們的協助與鼓勵，同時也要感謝我的家人給我的鼓勵與支 持，讓我這兩年可以將心思專注在學業及研究上，真的很謝謝你們大家對我的幫助，你 們給我的協助與支持正是我完成學業的最大動力。 在此也感謝國立交通大學能提供在職專班的課程，讓我有機會來交通大學進修，學 習更多更寶貴的知識，也感謝這兩年來專班課程的任教老師們及共同陪伴的專班同學 們，在這兩年的學習歷程上相互的支持與鼓勵，很感謝我身邊的所有人給予我的支持與 協助，謝謝你們，謹以本論文獻給所有幫助我、支持我、關心我的人。 陳俊呈謹誌 中華民國九十八年七月

目 錄

摘 要 ...i Abstract...iii 誌 謝 ...v 目 錄 ...vi 表 目 錄 ...viii 圖 目 錄 ...x 一、緒論 ...1 1.1 研究背景與動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 3 1.3 研究範圍與限制 ... 4 1.4 名詞解釋 ... 4 1.4.1 行動載具(Mobile Devices) ... 4 1.4.2 行動學習(Mobile learning、m-learning) ... 5 1.4.3 輔助資訊(Auxiliary information) ... 5 1.4.4 認知負荷(Cognitive load)... 6 1.4.5 學習成效(Learning achievement)... 6 二、文獻探討 ...7 2.1 認知負荷理論 ... 7 2.2 認知負荷的衡量 ... 9 2.3 多媒體學習理論 ... 10 2.4 小螢幕介面的設計方針 ... 12 三、研究方法 ...13 3.1 研究流程與架構 ... 13 3.1.1 研究流程 ... 13 3.1.2 研究架構 ... 14 3.2 研究設計 ... 15 3.2.1 實驗步驟 ... 15

3.2.2 實驗設計 ... 17 3.2.3 實驗對象 ... 20 3.2.4 資料處理 ... 21 3.3 研究工具 ... 21 3.4 教材分析 ... 22 3.4.1 學習單元內容 ... 23 3.4.2 多媒體教材內容 ... 23 3.5 多媒體教材編輯製作 ... 25 3.5.1 多媒體教材編輯製作軟體─智勝編輯手 ... 25 3.5.2 多媒體教材畫面設計 ... 26 3.5.3 多媒體教材編輯 ... 28 四、實驗結果與討論 ...40 4.1 不同媒體呈現順序與學習成效之分析 ... 40 4.2 不同媒體呈現順序與認知負荷之分析 ... 41 4.3 媒體配置與媒體出現方式對學習成效之分析 ... 43 4.3.1 媒體配置方式對學習成效的差異分析 ... 44 4.3.2 不同媒體出現方式對學習成效的差異分析 ... 45 4.4 媒體配置方式與媒體出現方式對認知負荷之分析 ... 46 4.4.1 媒體配置方式對認知負荷的差異分析 ... 48 4.4.2 媒體出現方式對認知負荷的差異分析 ... 49 4.5 圖文整合之圖文呈現方式分析探討 ... 50 4.6 實驗結果討論 ... 51 五、實驗結論與未來研究方向 ...55 5.1 結論 ... 55 5.2 建議 ... 56 5.3 未來研究方向 ... 57 參考文獻 ...58 附錄 ...61 附錄一 認知負荷量表： ...61 附錄二 學習成效測驗試卷 ...62

表 目 錄

表 1 實驗一教材的媒體呈現順序 ...19 表 2 媒體配置方式與媒體出現方式之二因子實驗設計 ...20 表 3 不同媒體出現順序的研究對象分組人數情形摘要 ...20 表 4 不同媒體配置與媒體出現方式的研究對象分組人數情形摘要 ...21 表 5 課文主要內容整理摘要 ...23 表 6 多媒體教材內容、輔助資訊、圖片數量整理摘要 ...24 表 7 2002~2008 年臺北市及全國多媒體教材設計競賽自然領域得獎作品之媒體出現 順序統計表...29 表 8 將表 7 歸納後之媒體出現順序統計表 ...29 表 9 行動載具之輔助資訊七種不同媒體呈現方式的教材 ...35 表 10 不同媒體呈現順序之學習成效平均數 ...40 表 11 不同媒體呈現順序與學習成效誤差變異量的 Levene 檢定等式 ...40 表 12 不同媒體呈現順序與學習成效的單變量檢定 ...41 表 13 不同媒體呈現順序之認知負荷平均數 ...42 表 14 不同媒體呈現順序與認知負荷誤差變異量的 Levene 檢定等式 ...42 表 15 不同媒體呈現順序與認知負荷的單變量檢定 ...42 表 16 配置方式與出現方式之學習成效平均數 ...43 表 17 配置方式與出現方式對學習成效誤差變異量的 Levene 檢定等式 ...44 表 18 媒體配置方式與媒體出現方式之二因子變異數分析摘要表 ...44 表 19 不同媒體配置方式與學習成效的單變量檢定 ...45 表 20 不同媒體配置方式之學習成效平均值 ...45 表 21 不同媒體出現方式與學習成效的單變量檢定 ...45 表 22 不同媒體出現方式之學習成效平均值 ...46 表 23 配置方式與出現方式之認知負荷平均數 ...47 表 24 配置方式與出現方式對認知負荷誤差變異量的 Levene 檢定等式 ...47 表 25 媒體配置方式與媒體出現方式之二因子變異數分析摘要表 ...48 表 26 不同媒體配置方式與認知負荷的單變量檢定 ...48

表 27 不同媒體配置方式之認知負荷平均值 ...48

表 28 不同媒體出現方式與認知負荷的單變量檢定 ...49

表 29 不同媒體出現方式之認知負荷平均值 ...49

表 30 四種配置方式及出現方式搭配組合的學習成效 ...53

圖 目 錄

圖 1 行動電話、PDA、平板電腦、3G智慧型手機之螢幕畫面比較 ...5 圖 2 多重訊息在不同位置呈現，形成注意力分散。 ...8 圖 3 多重訊息在相同位置呈現，降低注意力分散。 ...8 圖 4 文字靠近相關聯的圖像 ... 11 圖 5 文字遠離相關聯的圖像 ... 11 圖 6 研究流程圖 ...14 圖 7 研究架構圖 ...15 圖 8 實驗流程圖 ...16 圖 9 圖文的配置方式 ...17 圖 10 圖文同時出現 ...18 圖 11 圖文依序出現方式的連續畫面圖 ...18 圖 12 智勝編輯手的教學理念 ...25 圖 13 電腦模擬行動載具之視窗畫面 ...26 圖 14 電腦模擬 3.5 吋行動載具之各項操作說明 ...27 圖 15 輔助資訊開啟前 ...27 圖 16 輔助資訊開啟時 ...28 圖 17 輔助資訊關閉後 ...28 圖 18 媒體呈現順序：圖-文-文 ...30 圖 19 媒體呈現順序：文-圖-文 ...31 圖 20 媒體呈現順序：文-文-圖 ...32 圖 21 圖文分列＋同時出現之配對組合的教材畫面 ...33 圖 22 圖文分列＋依序出現之配對組合的教材畫面 ...33 圖 23 圖文整合＋同時出現之配對組合的教材畫面 ...34 圖 24 圖文整合＋依序出現之配對組合的教材畫面 ...34 圖 25 實驗二的四種教材之學習成效及認知負荷的長條圖 ...54

一、緒論

1.1 研究背景與動機

近年來隨著無線通訊技術的進步、電腦計算功能的提升以及可攜式的行動載具裝置 不斷的發展，這些新的資訊通訊科技，不僅正在影響著人們的生活。造型輕巧，攜帶方 便的行動載具裝置，如：個人數位助理(Personal Digital Assistant，簡稱PDA)、平 板電腦(Table PC)、筆記型電腦(Notebook)及智慧型手機等，已日益普遍，而且功能也 日益強大，同時也為學習方式帶來了極大的變化。現今各種以行動載具結合無線通訊技 術來輔助學習的行動學習方式，也正逐漸地發展成為一種新的學習潮流趨勢。(陳宗禧、 黃悅民、邱柏升、張承憲， 2008)。

行動載具的特性是被視為具有相當高的教育潛能的，可做為教學的課堂中有效的 個人學習輔助裝置（Luchini, K., Quintana, C., & Soloway, E., 2004）。將行動載具設計成 以學習者為中心的教學活動，可即時提供給學習者所需的資訊，此外，行動載具更適合 將教學環境延伸到室外，做為戶外教學的學習輔助工具，以 PDA 建置學習護照系統，配 合戶外課程進行輔助教學，提供學生真實情境解決問題來引導學習並提高學生的學習興 趣(郭展佑， 2004)，以及學習者藉由行動載具的功能，即時掌握資訊，機動選擇學習 地點(陳祺祐、林弘昌， 2007)，可見行動載具也具備了輔助戶外教學的功能。 從一般的校園環境延伸到社會上的學習，行動載具被應用在終身學習上也己被認為 是一個很好的辦法，無論是在制度化學習環境(如:學校，大學院校)中的學生，或是因 工作需要而必須四處行動的職場工作人員，皆可利用行動載具透過網際網路進行學習， 諸如遠距教學的學習課程下載，補充電子書的學習資料，亦或是各種學習資源的取得， 經由個人化的行動載具，讓使用者不受地點的限制，即時取得資訊，所以對於在職進修 的使用者而言，更可以利用僅剩不多的公餘時間隨時進行學習，實現終身學習的理想 （Waycott, J., Jones, A., & Scanlon, E., 2005）。

在現今的教育中，各種型式的網路教學都被廣泛的應用著，近年來，也由於網路學 習的蓬勃發展、無線通訊技術的快速發展、無線網路設備的普及，行動載具裝置也隨著 不斷地推陳出新，功能也愈來愈強大，這也讓教學者有機會利用行動載具裝置，結合線 上的網路學習平台及無線通信設備，產生了「行動學習」的新型態學習方式(陳祺祐、

林弘昌， 2007)。 2002 年我國政府提出為期五年的「數位學習國家科技計畫」，在第六項數位台灣計 畫中的分項計劃三.行動學習載具與輔具-多功能電子書包，就明確的闡述該計畫的目標 是希望能建構一個可以應用行動學習的數位學習環境，學習者可以選擇不同樣式的行動 學習載具設備與產品，配合行動教學活動或自我學習 (行政院經濟建設委員會， 2003)。 此外，近年來在國外也有些國家也曾推行行動載具的相關計畫，例如美國 SRI 所推行的 PEP 計畫提供 Palm 的行動載具給師生作為教學輔具。德國巴伐利亞省雷根斯堡大學在 2001 年起，推行全名為＂Wireless e-Learning and Communication Environment＂的 行動學習計畫「WELCOME」，是希望能建置一個透過行動載具學習的無線網路學習環境， 日本 NTT DoCoMo 於 2001 年推出＂FOMA＂3G 提供行動行動上網英語學習，可見國內外政 府或相關單位都曾積極地推動行動載具數位學習的相關計畫(林立傑、蔡志鴻， 2004； 經濟部工業局， 2004)。 由於行動學習的新趨勢以及透過政府提出的行動數位學習相關計畫，使得行動載具 成為未來行動學習所需的設備已是不爭的事實，但對於行動學習所需之各式學習教材的 設計與開發，更是一個迫不及待的工作，有鑑於此，對於行動載具輔助教學、行動載具 所需之數位教材及各種行動數位學習所可能遇到的問題，都是值得我們加以探討的。 行動載具由於受限於螢幕尺寸較小，所能容納的資訊量相當有限，同時也會因為 螢幕畫面的文字或圖片太小，使得閱讀效率受到影響（Csete, J., Wong, Y., & Vogel, D., 2004 ; Karkkainen, L., & Laarni, J., 2002 ; 陳祺祐、林弘昌，2007）。

行動載具之螢幕解析度較小，畫面尺寸也較小，使用時常會有一些問題發生，例 如：由於影片、圖片的縮小，造成使用者在閱讀內容時增加了困難，或者由於不恰當的 設計讓使用者會因為長時間觀看小螢幕而造成視覺疲勞或閱讀效率不佳的問題， (唐宇 軒， 2007；黃中宏， 2003)，但近來已有不少研究針對小螢閱讀特性進行探討。例如 運用文字的動態呈現的方式，可以有效的增進小螢幕文字閱讀效率(楊熾能， 2006)，動 態文字呈現比起靜態文字呈現有較佳的閱讀理解力，動態文字可為取代大量靜態文字顯 示的一個可行方案(簡佑宏， 2007)，由於行動載具的螢幕尺寸較小，螢幕所能容納的資 訊量因此受到限制，因此在行動載具上進行多媒體教材編輯時，就不得不去注意如何在 行動載具的螢幕上妥善的編排每一個資訊元件，如何將有限的空間做最有效的利用。 在學習大量的資訊內容或知識訊息時，利用輔助資訊的設計方式，在適當的時候， 以呈現圖片或加上輔助說明的方式，形成輔助學習的資訊，可在解說的過程中，製造互

動的機會，幫助學生比較、澄清、理解資訊內容， 成為輔助教學及傳達資訊的好教材(葉 素玲， 2007)，輔助資訊即是以呈現圖片、文字或多媒體的方式來為學習者提供輔助學 習的資訊。由於行動載具的螢幕所能容納的資訊量受到相當大的限制，輔助資訊提供給 學習者的輔助就顯得相當相重要，而輔助資訊的呈現順序或呈現方式對於學習者在學習 教材時所造成的影響，更是一個重要的研究課題。 Sweller 提出認知負荷理論，他認為如果教材或學習程序遠超過工作記憶容量，將 有損學習者學習，教材呈現與組織方式的不同，對學習者來說會造成不同程度的負荷， 而外在認知負荷是可以藉由修正教材的設計及呈現方式來降低的，不好的教材設計可能 會造成分散注意力效應或多餘效應，而導致認知負荷增加（Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas, F., 1998），Mayer 探討多媒體的學習型態後，發現多媒體呈現的方式會影 響到學習，他提出包含雙通道學習理論及數項多媒體教材編輯原則的多媒體學習認知理 論（Mayer, R. E., & Moreno, R., 2003），這些理論及原則都可提供為編輯多媒體教材的方 針，但目前為止，有關這些多媒體教材編輯原則的研究，大都只有在一般的個人電腦螢 幕中進行，但對於螢幕尺寸較小的行動載具而言，這些多媒體教材編輯原則是否會因為 螢幕尺寸較小的限制而產生影響，是值得我們去探討的問題。

1.2 研究目的

基於上述的背景及動機，行動載具的螢幕較小，能呈現的資訊量也較少，因此對於 學習者的學習產生了許多的影響與限制，而輔助資訊可以適當的提供一些圖片及說明文 字等輔助學習的資訊來幫助學習(葉素玲， 2007)，透過提供適量的相關輔助資訊可幫助 學習者建立系統化的知識(周斯畏， 1999)，所以對於小螢幕而言，輔助資訊所提供的輔 助佔一個重要的角色，它的呈現順序及呈現方式也更顯重要。 本研究之目的為探討輔助資訊應用在行動載具時，輔助資訊裡的圖片和文字的呈現 順序、配置方式、出現方式是否會影響學習成效或認知負荷，並希望藉此能歸納出輔助 資訊較佳的呈現方式，以作為在行動載具上編輯多媒體教材的一項參考。 根據上述，本研究將針對輔助資訊裡的媒體呈現順序、配置方式、出現方式對於學 習成效以及認知負荷的影響進行探討，將探討下列四個問題： 1. 不同的呈現順序對學習成效及認知負荷是否有影響？ 2. 不同的配置方式對學習成效及認知負荷是否有影響？

3. 不同的出現方式對學習成效及認知負荷是否有影響？ 4. 不同的配置方式及出現方式的搭配組合，對於學習成效或認知負荷的影響是否會 有差異。 研究目的是希望由這四個研究問題的結果歸納出小螢幕上的輔助資訊教材編輯的 一些方針，例如：何種的媒體呈現順序、配置方式、出現方式對學生的學習成效最好或 是認知負荷最低？或是何種配置方式與出現方式的搭配組合對學生的學習成效幫助最 大或讓認知負荷最低，藉此可找出一種最佳的多媒體教材編排及設計方式。

1.3 研究範圍與限制

本研究以國二自然與生活科技「氧化還原反應」作為行動載具的多媒體教材課程內 容，研究者依「九年一貫課程標準之能力指標」編輯多媒體教材，希望將本研究的結果 作為行動載具多媒體教材編輯的參考依據，但因限於時間、人力及經費等問題，使得本 研究結果運用受到以下幾點的限制： 一、本研究的實驗設計採方便取樣的方式，以台北縣某國中二年級學生為實驗對象，故 本研究的結果無法對其他群體做過度的延伸及推論。 二、本研究所採用之教材內容為國二自然與生活科技「氧化還原反應」單元，所得之結 果僅能推論國二自然與生活科技「氧化還原反應」單元之教學參考， 對於其他的 教學單元，無法做過度的推論。 三、本研究是以 3.5 吋之小螢幕行動載具作為研究工具的模擬對象，所得之結果是否能 推論至其他不同尺寸規格的螢幕，有待進一步的研究。

1.4 名詞解釋

1.4.1 行動載具(Mobile Devices)

行動載具指的是具有體積輕巧，容易攜帶，使用者可以在任何時間、任何地點，透 過無線通訊設備，進入無線網路的環境，進行行動學習的數位化產品，例如：行動電話、 個人數位助理(PDA)、平板電腦、行動 3G 智慧型手機等可以裝載數位化資訊內容的裝 置(梁嘉航， 2004)。 圖 1 是行動電話(如圖 a)、PDA(如圖 b)、平板電腦(如圖 c)(梁嘉航， 2004)、3G 智

慧型手機(如圖 d)，由圖可知，行動電話體積最輕巧，攜帶也最為方便，但螢幕尺寸最 小，螢幕所能容納的資訊量也較少，而平板電腦的螢幕尺寸最大，螢幕所能容納的資訊 量較多，但也由於平板電腦的體積較大，攜帶較不方便。PDA 的體積和螢幕尺寸則介於 行動電話與平板電腦之間，攜帶方便，螢幕尺寸稍大，螢幕可容納比行動手機較多的資 訊量，適合做為行動學習之輔具。但目前市面上已有一些 3G 智慧型手機結合了行動電 話及 PDA 的優點，將行動電話的螢幕畫面擴展到 PDA 的尺寸，新型的 3G 智慧型手機 不只是一台 PDA，也具備行動電話的通訊功能，同時還具備了行動上網的功能，3G 智 慧型手機的功能相當強大。 圖 1 行動電話、PDA、平板電腦、3G 智慧型手機之螢幕畫面比較 【資料來源：梁嘉航，2004】

1.4.2 行動學習(Mobile learning、m-learning)

廣義而言，行動學習就是透過行動運算裝置(例如：個人數位助理、行動電話等)， 進行學習（Quinn, C., 2000），行動學習是指藉由行動載具，在任何時間及任何地點，不 受時間與空間的限制，進行線上學習或離線學習的(許耀升、羅希哲， 2007)，行動學 習是以學習者為中心，透過行動載具裝置的輔助，讓學習者可隨時隨地進行學習，行動 學習是具有主動性、即時性、互動性的遠端學習活動。

1.4.3 輔助資訊(Auxiliary information)

在適當的時候，以呈現圖片或加上輔助說明的方式，形成輔助學習的資訊，可在解 說的過程中，製造互動的機會，幫助學生比較、澄清、理解資訊內容， 成為輔助教學 及傳達資訊的好教材(葉素玲， 2007)，輔助資訊即是以呈現圖片、文字或多媒體的方式 來為學習者提供輔助學習的資訊。 (d) 3G 智慧型手機

本研究之輔助資訊包含有文字及圖片等兩種媒體型態，乃是在多媒體教材中，對該 螢幕畫面中的本文內容附加之輔助學習的圖片及文字解說，，並可經由畫面中之功能按 鍵開啟或關閉，輔助資訊會出現在原本主畫面的上層，但並不需換頁。 輔助資訊主要是提供與該主畫面內容相關的圖片或文字之相關資訊，可輔助學習者 對主畫面內容的學習。

1.4.4 認知負荷(Cognitive load)

本研究所指之認知負荷乃是依 Wierwiller 和 Eggemeier 兩人所提出的心智負荷的 衡量方法（Wierwille, W. W., & Eggemeier, F. T., 1993）及 Sweller 、Van Merrienboer、Paas 等人所做的研究中所採用之主觀認知負荷測量法（Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas, F., 1998）所設計之問卷，本研究的問卷參考宋曜廷(2000)李克特七點量表型式，衡 量在學習教材的過程中，學習者心理負荷與心智努力的程度，依學習者自我反省並將自 己的負荷量化為 1 至 7 的程度，並將心理負荷與心智努力程度依問卷上勾選的選項數字 總和為認知負荷的量化值。例如某受測學生問卷所寫之心理負荷程度為 4，心智努力程 度為 5，則認知負荷的量化值為 9，所以認知負荷的量化值最高為 14，最低為 2，量化 值越高代表認知負荷的程度越大。

1.4.5 學習成效(Learning achievement)

指學生在學科學習之後的成果表現，衡量學習者的學習成效有很多種方法，這裡所 指的學習成效乃是指學習者的學習成績，包括期中成績、期末成績、實驗的後測成績等 (朱彩馨， 2002)，本研究的學習成效是指實驗的後測成績，亦即學生在接受多媒體教材 教學後立即給予試卷施測所得的後測成績。若學生的成績越高，代表學習成效越好。 本研究的教材共分為三個學習單元，每一個單元課程的學習結束後會進行學習成就 測驗，本研究之學習成效是指三個學習單元的學習成就測驗成績之平均值。

二、文獻探討

2.1 認知負荷理論

認知負荷理論是基於人類的記憶容量、基模的發展及其型態，以及自動化處理訊息 建立基模的概念，提供做為探討認知學習歷程及教學設計理念的主要理論架構。 Baddeley根據人類訊息處理的認知學習理論，認為人類工作記憶的心智資源容量是有限 的（Baddeley, A. D., 1999）。Sweller認為認知負荷是將一項特定工作加諸於學習者的 認知系統時所產生的心智負荷（Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas, F., 1998）。

Sweller 、Van Merrienboer、Paas依據之前的認知架構提出四個基本假設： (1)工作記憶（Working Memory）的容量是有限的、(2)長期記憶（Long-Term Memory） 本身沒有容量的限制、(3)長期記憶中之內容主要以基模（Schema）的型態儲存、(4)基 模運作自動化（Schema Automation）是基模建構的重要過程。Sweller依據上述四個基本 假設，歸納出在學習歷程中會影響認知負荷的三個主要的要素，分別是內在認知負荷、 外在認知負荷及有效認知負荷。(1)內在的認知負荷（intrinsic cognitive load）：是 指教材本身的複雜程度或難易程度，而內在認知負是無法經由教學設計來改變的，(2) 外在認知負荷（Extraneous cognitive load）：是指教材的呈現方式或是學習活動對 工作記憶所產生的負荷，外在認知負荷是可以藉由修正教學設計，修改教材的編排及呈 現方式來降低的，(3)有效認知負荷（Germane cognitive load）：是指藉由教學設計來吸 引學生專注在學習內容或基模建構的認知過程。有效認知負荷是外在認知負荷的一種， 雖然會讓學習者感覺心智負荷增加，但它能協助基模的建構。而且只有在內在認知負荷 與外在認知負荷的總和未超出學習者所能負擔的能力範圍時，適當地將有效認知負荷導 入學習時，才有助於提昇學習成效（Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas, F., 1998）。

適當的教學設計或較佳的教材呈現方式，不但可以降低外在認知負荷，而且也能幫 助學習者專心的將學習的內容加以組織、整合及建構基模（Brunken, R., Plass, J. L., & Leutner, D., 1999），由於可藉由修正教材及呈現方式來降低的外在認知負荷，所以在設 計教材時應減低教材的認知負荷，以提昇學習者的學習效果。因此Sweller等人在教材 設計方面，也提出七個影響認知負荷的效應（Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas,

F., 1998），而其中的分散注意力效應、多餘效應及型態效應等三個效應與多媒體教材的 編輯有關，在進行多媒體教材編輯時，應注意這三個效應（Kirschner, P. A., 2002；徐易 稜，2001）。本研究所探討之問題也與分散注意力效應有著密切相關，所以在此針對分 散注意力效應予以說明。 所謂分散注意力效應（split-attention effect）是指學習者面對多重訊息時，必須將這 些訊息加以整合才能達到學習成效，且這些訊息最好能同時、同位置呈現，若不同時間 或不同位置呈現，則會形成注意力分散，將會增加認知負荷。 以幾何學為例，如圖2，三角形角度的推導過程的敘述與圖形分開來，學習者學習 時，必須分開閱讀並自行將文字敘述與圖形參照整合在一起，因而造成分散注意力效 果，如圖3 ，則是將敘述與圖形整合在一起，學習者不須花費額外的注意力在圖形與文 字的整合上，可適當的降低認知負荷。 圖 2 多重訊息在不同位置呈現，形成注意力分散。 【資料來源：Sweller, et al.（1998）】 圖 3 多重訊息在相同位置呈現，降低注意力分散。 【資料來源：Sweller, et al.（1998）】

Sweller指出，雖然教材設計者無法直接改變內在認知負荷，但在教學設計的過 程，仍應考量學習者認知的能力以及教材的內在認知負荷（Sweller, J., 2003）；因此從 認知負荷的觀點，理想的多媒體教材必須同時考量到學習內容的內在認知負荷，以及教 材設計與教材呈現時所產生的外在認知負荷及有效認知負荷。更值得我們注意的是，進 行教學設計時，透過教材的設計與呈現方式影響外在認知負荷，進而產生不同的學習效 應(吳瑞源、吳慧敏， 2008)，因此藉由更理想的教材設計及呈現方式來降低學習者的 認知負荷，這對於一個教學設計者而言已是一項非常重要的工作，而且也將不能只是侷 限在一般的桌上型個人電腦了，更應該廣泛的應用到其他尺寸的螢幕，如：螢幕尺寸較 小的行動載具等。

2.2 認知負荷的衡量

Sweller 認 為 認 知 負 荷 所 導 致 的 結 果 ， 可 包 含 以 下 兩 個 層 面 （ Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G.., & Paas, F., 1998）：

1. 心理負荷（mental load）：由任務或環境所造成的負荷，包括要素互動性、教材設 計等。

2. 心智努力（mental effort ）：以人為核心，是個體為了順應工作需求所付出的能 力與資源。對心智努力的衡量，可反應出心理負荷所無反應出的認知負荷。

Wierwiller 和 Eggemeier 兩人對心智負荷的衡量方法提出三種主要測量的方法 （ Wierwille, W. W., & Eggemeier, F. T., 1993 ）， 分 別 為 主 觀 測 量 法 (subjective techniques)、生理測量法(physiological techniques)和任務績效測量法(task- and performance-based techniques)。以下分別說明這三種測量方法： 1. 主觀測量方法：主觀測量方法是假設使用者有能力回顧及內省他們認知的歷程，並 且能明確指出心智努力的程度。通常以量表方式將自己所感受到的負荷予以量化來 測量心智努力。利用主觀量表可以很方便、快速地測量心智負荷，所以常被普遍的 使用。主觀測量方法的優點為可直接對整個工作進行量測，使用簡單，缺點為評量 會因個人差異而有所不同。 2. 生理測量方法：生理測量方法假設使用者的心智負荷改變會反映在生理變化上，如 心跳、腦中活動、眼睛活動等。因此，利用測量學習者心跳的變化或血壓的變化、 腦部或眼睛的活動等生理活動的變化來衡量學習者的心智負荷。此種方法通常需要

各種儀器之輔助，所以在採用上有諸多的限制。 3. 任務績效測量方法：藉由客觀的任務工作困難度及學習成效衡量學習者的學習表現 與完成任務的複雜度之間的關係，來推論學習者付出的心力有多大。一般而言，任 務複雜度愈高，且學習者的表現愈差，則表示該任務造成的負荷愈大。。 上述三種測量方法，為心智負荷測量的常見方法。過去的研究顯示，主觀測量方法 對衡量差異較小的心智負荷較為靈敏且具有信度及效度，而且具有不受干擾的特性，但 是缺點為衡量時會因個人差異而有所不同。而生理測量方法雖然不受干擾，但較不具 信、效度，對衡量差異較大的心智負荷較為靈敏。此外，生理測量方法量測一些生理反 應所需花費的機器設備等研究成本會較高，而主觀測量方法因不需大量的儀器輔助測 量，較為方便與經濟，所以主觀測量方法可為測量心智負荷之可行方法(宋曜廷， 2000； 翁嘉鴻， 2001)。

2.3 多媒體學習理論

Paivio認為人類不只有單一種記憶的儲存方式，他指出人類有兩套互相獨立且可 以分別處理不同資訊的系統，於是他依此提出雙重編碼理論，他認為語文系統、圖像系 統是兩套可同時分別處理不同的資訊系統，語文與非語文各有其組織及架構，而語文與 非語文間亦有其關連性的存在，即「參照鏈結」。而語文系統在接收語文方面的訊息後， 會將這些語文方面的訊息予以具像化，並將其編碼後儲存在文字的記憶區中；而圖像系 統則是處理視覺化的訊息，將圖形具像化後將其編碼儲存在圖像的記憶區中（Paivio, A., 1990 ; Sadoski, M., & Paivio, A., 2001），要了解學習者的學習成效如何，則可視「文字 編碼」、「圖像編碼」、以及「參照聯結」 等三種鏈結建立之品質而定(徐易稜， 2001)。 Najjar（1996）利用雙重編碼理論來作設計時也提到，多媒體的設計有助於學習者 的學習，但是必須要注意到以下兩點（Najjar, L. J., 1996）： 1.多媒體教材媒體要有雙重編碼的資訊：在學習效果上，圖文的呈現方式比起純文字的 呈現方式更有助於學習者的學習成效。 2.媒體和媒體之間必須要有關聯性存在：例如以圖片和文字來呈現時，圖片必須要和文 字有關聯性存在，這樣才能透過媒體使學習者較容易理解。 Mayer 等人以工作記憶及認知負荷的觀點，探討多媒體學習的相關理論，提出多 媒體教材的設計原則，空間接近原則，分割原則（Moreno, R., & Mayer, R. E., 2000）：

1. 多媒體原則(Multimedia Principle)：學習者進行學習時，藉由多種媒體組合的方 式學習會優於僅由單一種媒體的學習方式，例如：透過文字加上圖片的兩種媒體組 合方式來學習會優於僅由文字一種媒體的學習方式。

2. 空間接近原則(Spatial Contiguity Principle)：學習者要學習內容有相關聯的圖像及說明的 文字出現在同一個畫面時，圖像與說明文字相距較近時會優於兩者相距較遠時，也就是 說圖像與相關文字的距離不宜太遠。如圖4.當解說的文字靠近圖像畫面時，學習者不需 要花較多的心智負荷去對照圖像和文字的關聯，所以學習者較容易將文字和圖像整合成 新的概念，且所花貴的認知負荷也會較低。如圖4.當解說的文字靠近相關的圖像時，學 習者容易整合並建立新的概念，但如圖5.如果解說文字遠離相關圖像時，學習者要花更 多心智的負荷來對照圖像和文字的關聯性。 圖 4 文字靠近相關聯的圖像 【資料來源：Moreno、Mayer， 2000】 圖 5 文字遠離相關聯的圖像 【資料來源：Moreno、Mayer， 2000】

3. 分段原則(Segmentation Principle)：將學習內容分割成數個小片段，每個小片段只有 少量訊息，如此可減少每次呈現的訊息量。學習者有足夠的時間理解所選擇的資訊， 並在理解 後可以準備進行下一個小片段（Mayer, R. E., & Moreno, R., 2003）。

2.4 小螢幕介面的設計方針

多媒體在小螢幕上呈現有著許多的限制，這些限制會影響到多媒體教材呈現的效 果，所以在編輯教材時必須注意到這些限制及其所造成的影響，Kelvin Kam Wing Chu (2001)經研究後歸納出以下幾點小螢幕頁面設計的指導方針（Chu, K. K. W., 2001）： 1.整體部份 (1)應盡量保持畫面所呈現之內容少量，並且避免畫面有雜亂的情形。 (2)盡量避免使用會消耗大量空間的設計方法，在必要的時候應有效的善用空間。 (3)精簡文字-維持文字內容的簡潔，避免讓學習者閱讀大量且連續性的文字內容， 可以利用超文件的方式將大量的資訊內容劃分為多重頁面來呈現。 (4)需確實掌握好圖形完整呈現的方式。 2.畫面部份 (1)保持頁面內少量資訊內容分佈於屬架構方式優於單頁大量資訊呈現的方式。 (2)僅顯示最重要且必備的資訊內容，設計者必須對於資料整體進行詳細的檢查並要 有所取捨，選出最重要的資訊擺到頁面中。 (3)避免使用多重縱列的設計或是橫向捲軸的功能。 3.影像部份 (1)避免將影像作為美化頁面的工具，避免使用對瀏覽或閱讀毫無幫助的圖像。 (2)盡量避免使用圖像，除非是在該圖像有其價值或是螢幕尺寸能確實完整呈現影像的 細節和相關的資訊。 (3)保持圖形的單純性並且給予學習者關於該圖形的功能指示。 (4)圖形中勿包含文字，因為圖形中的文字在小螢幕上較難辨識，文字的辨識易受到圖 片背景的影響，且當影像被忽略時文字訊息則容易一併被忽略。

三、研究方法

本研究旨在探討行動載具之輔助資訊的呈現方式對於學習成效及認知負荷的影 響，並依照相關文獻之理論基礎訂定出研究的方法及其架構，本章分成五節進行說明， 分別是：研究流程與架構、研究設計、研究工具、教材分析及多媒體教材製作與編輯。

3.1 研究流程與架構

依據研究目的收集相關文獻資料後，將資料予以彙整，並根據所要探討的研究問題 方向訂定出研究的流程及確立本研究相關變數間的研究架構。

3.1.1 研究流程

本研究先確認研究主題，根據研究背景與動機，發展出研究目的。在了解研究問題 與目的之後，開始著手蒐集相關文獻進行探討。根據文獻探討去界定研究範圍，提出研 究架構，並依研究需要設計多媒體教材及測量工具，依研究設計進行實驗及收集數據， 並經 SPSS 軟體分析數據後得出研究結果，並依研究結果提出建議及未來發展之方向。 本研究之研究流程如圖 6 所示： (接下頁) 了解研究背景及動機 確認研究問題及目的 搜集並探討相關文獻 建立研究架構 確立實驗方法 製作實驗教材及測量工具 確立實驗流程

(續上頁) 圖 6 研究流程圖

3.1.2 研究架構

本研究在探討輔助資訊應用在行動載具上，圖片與文字這兩種媒體的呈現方式對於 學習成效及認知負荷的影響。研究中包含三個自變項(媒體呈現順序、媒體配置方式、 媒體出現方式)及兩個依變項(學習成效、認知負荷)，將並探討三個自變項與兩個依變項 之間的影響情形。 三個自變項包含二種或三種不同呈現方式，分別是 (1)媒體呈現順序有三種：圖文 文、文圖文、文文圖，(2)媒體配置方式有二種：圖文分列、圖文整合，(3)媒體出現方 式有二種：同時出現、依序出現。 媒體呈現順序主要是要探討圖片與文字不同的先後順序是否會對學習的成效產生 影響，由於學習成效如何，則可視文字編碼、圖像編碼以及參照聯結等三種鏈結建立之 品質而定，圖片與文字不同的先後順序將可能影響學習者的參照鏈結，進而影響學習成 效，而三種不同的順序主要是依照圖片最早出現、早晚出現或是在中間的順序，如此將 可探討媒體呈現順序對學習成效的影響，也可了解如何的圖片和文字呈現順序會有最佳 的學習效果。 媒體的配置方式主要是依據多媒體學習認知理論所設定，圖片與文字整合可減少學 習者多餘的負荷，提昇學習的成效，故配置方式將以圖文分列與圖文整合兩種配置方式 進行研究探討，以了解如何的配置方式會有最佳的學習效果。 媒體的出現方式主要是依據多媒體學習理論的分割原則，將文字分割成數個小段， 配合圖片逐一的依序出現在螢幕的畫面中，藉此將可以減少行動載具螢幕中的每個畫面 上所呈現的資訊量，以減少因為同時呈現太多的訊息而造成學習上的困難，故出現方式 進行實驗並收集數據 進行實驗數據分析 撰寫研究結果 提出結論與建議

有同時出現及依序出現等兩種方式進行探討，以了解何種的出現方式會有最佳的學習效 果。 綜上所述，建立出本研究之研究架構圖如圖 7 所示。 自 變 項 依 變 項 圖 7 研究架構圖

3.2 研究設計

本實驗研究採準實驗設計研究法，依據本研究的研究目的，需要進行實驗研究以探 討自變項與依變項之間的關係，然而在實驗過程中，無法完全遵循實驗原則選取樣本， 因此採用準實驗法。以下依實驗步驟、實驗設計、實驗對象、資料處理進行說明。

3.2.1 實驗步驟

本研究之實驗步驟需先製作多媒體教材，及學習成效與認知負荷的測量工具，教材

認知負荷

學習成效

媒體呈現順序

(圖文文、文圖文、文文圖)

媒體配置方式

(圖文分列、圖文整合) 行動載具的教材 輔助資訊呈現方式 圖片、文字兩種媒體

媒體出現方式

(同時出現、依序出現)

學習成效

認知負荷

2 因子實驗設計

是以國中二年級氧化還原反應為主要學習內容，並將實驗的教材分為三個單元，依序在 三節課實施，且教材依前一小節所述的研究變項，每一個單元均編輯成七種不同的教 材，並分成二個實驗進行施測，第一個實驗變項有三種教材，第二個實驗變項為二因子 設計方式，有四種教材，本研究的實驗依圖 8 之實驗流程圖進行實驗。 圖 8 實驗流程圖 行動載具之多媒體教材是以國中二年級的氧化還原反應為學習內容進行編輯，並將 教材依三個自變項編輯成七種不同呈現方式的教材分別進行實驗，實驗分成兩個實驗進 行，實驗一為媒體呈現順序，實驗二為媒體配置方式及媒體出現方式之二因子實驗設 編輯行動載具多媒體教材 國二氧化還原反應 (教材分為三個單元) 進行學習成就測驗 填寫認知負荷量表 圖文配置方式 (分列、整合) 圖文出現方式 (同時、依序) 分列 ＋ 同時 分列 ＋ 依序 整合 ＋ 同時 整合 ＋ 依序 圖 文 文 文 圖 文 文 文 圖 進行實驗 (學生以前測成績 S 型分組) 製作學習成就後測試卷 製作認知負荷量表 進行學習成就測驗、填寫認知負荷量表 媒體呈現順序 ( 2 因子設計) 進行實驗數據分析 進行實驗數據分析

計，每一種教材都有三個單元，每個單元學習完後立即進行學習成就測驗，因此共有三 個學習成就測驗成績，待三個單元皆學習完後，立即填寫認知負荷量表，最後將實驗結 果所得之數據以 SPSS 軟體進行變異數分析。

3.2.2 實驗設計

本研究之實驗設計有三個自變項，及二個依變項，並將三個自變項分成兩個實驗進 行，分別說明如下： 一、自變項： 1. 媒體呈現順序：是指輔助資訊中的圖片與文字兩種媒體呈現的順序，輔助資訊包含一 張圖片及一段文字，並事先將這一段文字依語意分割的方式，分割成 數句文字，每一句文字都包含一個完整的概念，所以可依圖片是最早 出現或在中間出現或最後出現會有以下三種呈現順序： (1)圖文文：圖片最先出現： 依「圖片，第一句文字，第二句文字，第三句文字」之順序出現。 (2)文圖文：圖片的順序出現在兩句文字之中間： 依「第一句文字，圖片，第二句文字，第三句文字」之順序出現。 (3)文文圖：圖片在最後才出現： 依「第一句文字，第二句文字，第三句文字，圖片」之順序出現 2.媒體配置方式：是指輔助資訊中的圖片和文字的位置分配情形，依 Mayer 的多媒體學 習認知理論之空間接近原則設計，可分成以下兩種配置方式： (1)圖文分列：圖片與文字左右分開並列呈現，如圖 9 (a) (2)圖文整合：文字整合在圖片中，文字移至圖片內並靠近要解說的部份，如圖 9(b) (A)圖文分列 (b)圖文整合 圖 9 圖文的配置方式 3.媒體出現方式：是指輔助資訊中的圖片和文字出現的方式，依 Mayer 的多媒體學習認 知理論之分割原則，可分成下列兩種出現方式：

(1)圖文同時出現：圖片和所有的文字在同一時間全部呈現出來，如圖 10(a)為圖文分 列且同時出現的情形，如圖 10(b)為圖文整合且同時出現的情形。 (a) 圖文分列且同時出現 (b) 圖文整合且同時出現 圖 10 圖文同時出現 (2)圖文依序出現：圖片和數句文字依序一個接一個出現，文字出現後仍持續顯示在畫 面上，如圖 11(a)為圖文分列且依序出現的情形，如圖 11(b)為圖文整合且依序出現 的情形。 (a1) (b1) (a2) (b2) (a3) (b3) (a4) (b4) (a) 圖文分列且依序出現 (b) 圖文整合且依序出現 圖 11 圖文依序出現方式的連續畫面圖

二、依變項： 1.學習成效：是指學習者在學習過教材後，對於學習成就測驗(後測)的表現情形，學習 成就測驗的分數越高，代表學習成效越好。由學習成效可判斷出學生對該 教材的學習效果，進而了解教材對學生學習上的幫助。 2.認知負荷：是指學生學習教材時，學生自己所感受到的心智負荷程度及所必須付出的 心智努力程度，本研究是透過認知負荷量表，要求學習己自我回顧學習的 歷程，依量表上的問題，回答出自己所感受的心智負荷及心智努力程度， 量表上的得分越高，代表學習時的認知負荷越大，由認知負荷可了解該教 材對學生學習上的幫助。 三、分兩個實驗進行： 本研究是將三個自變項分成兩個實驗進行，首先「實驗一」是進行媒體呈現順序 對學習成效及認知負荷的影響，「實驗二」是進行媒體配置方式及媒體出現方式對學習 成效及認知負荷的影響。媒體配置方式和媒體出現方式是採二因子實驗設計，以了解媒 體配置方式及出現方式的配對組合對學習成效與認知負荷的影響，實驗一的結果可以 作為實驗二中媒體依序出現時，不同媒體出現順序的一項參考。以下將對這兩個實驗進 行說明。 1. 實驗一：目的是要探討輔助資訊中的媒體呈現順序對學習成效及認知負荷是否有影 響，並了解何種呈現順序對學習者較佳。媒體呈現順序則有以下三種不同 順序，分別為圖文文、文圖文及文文圖，如表 1 所示將三組學生分別以三 種不同呈現順序的教材進行學習，學習後進行學習成就測驗及填寫認知負 荷量表，由所得到之實驗數據探討三種不同呈現順序的教材對學習成效及 認知負荷的影響，實驗的結果可作為當媒體依序出現時，不同媒體出現順 序的一項參考。 表 1 實驗一教材的媒體呈現順序 2. 實驗二： 是要探討輔助資訊中的媒體配置方式及出現方式對學習成效及認知負荷是 否有影響，並了解何種配對組合對學習者較佳，本實驗是採二因子的實驗 媒體 (圖片、文字)的呈現順序 媒體呈現順序 圖文文 文圖文 文文圖

設計，二因子分別為媒體配置方式及媒體出現方式，以二因子設計可配對 出四種不同的組合，如表 2 所示，將四組學生分別以四種不同組合的教材 進行學習，學習後進行學習成就測驗及填寫認知負荷量表，由所得到之實 驗數據探媒體配置方式及媒體出現方式對學習成效及認知負荷的影響。 表 2 媒體配置方式與媒體出現方式之二因子實驗設計

3.2.3 實驗對象

基於學校行政、教學實驗場地及人力支援之方便性，並依學校原有編制班級進行實 驗，實驗對象為台北縣某國中二年級四個班的學生，共 112 位學生。 本研究採用學生在九十八學年度第二學期第一次段考的自然與生活科技的段考成 績作為前測成績，並依段考成績高低排列，將 112 位學生作 S 型分組，分成七組，每組 16 人，這七組的學生分別接受七種不同的氧化還原反應多媒體教材，其中三組的學生進 行實驗一，這三組的學生接受不同媒體順序的行動載具載具多媒體教材，每組的人數分 佈情形如表 3。 表 3 不同媒體出現順序的研究對象分組人數情形摘要 不同媒體型態(圖片、文字)的出現順序 媒體出現順序 圖文文 文圖文 文文圖 合計 受測人數 16 人 16 人 16 人 48 人 另外四組學生則是進行實驗二，這四組的學生接受不同媒體配置方式與不同媒體出 現方式所配對組合的行動載具多媒體教材，每組人數分佈的情形如表 4。 媒體出現方式 出現方式 配置方式 同時出現 依序出現 圖文分列 圖文分列＋同時出現 圖文分列＋依序出現 媒體 配置 方式 圖文整合 圖文整合＋同時出現 圖文整合＋依序出現

表 4 不同媒體配置與媒體出現方式的研究對象分組人數情形摘要 媒體出現方式 出現方式 配置方式 同時出現 依序出現 總計 圖文分列 16 人 16 人 32 人 圖文整合 16 人 16 人 32 人 媒體配置方式 總計 32 人 32 人 64 人

3.2.4 資料處理

將資料以 SPSS 統計軟體進行統計分析，循下列方式進行： 1.以單因子共變數分析方法進行實驗結果分析，以媒體出現的順序為自變數，以學 習成效為依變數，依 SPSS 軟體分析後所得的結果，討論不同媒體出現順序對學 習成效的影響。 2.以單因子共變數分析方法進行實驗結果分析，以媒體出現的順序為自變數，以認 知負荷為依變數，依 SPSS 軟體分析後所得的結果，討論不同媒體呈現順序對認 知負何的影響。 3.以二因子共變數分析方法進行實驗結果分析，以媒體的配置方式為第一個因子的 自變數，以媒體的出現方式為第二個因子的自變項，以學習成效為依變項，依 SPSS 軟體分析後所得的結果，討論媒體配置方式與媒體出現方式對學習成效的 影響。 4.以二因子共變數分析方法進行實驗結果分析，以媒體的配置方式為第一個因子的 自變數，以媒體的出現方式為第二個因子的自變項，以認知負荷為依變項，依 SPSS 軟體分析後所得的結果，，討論媒體配置方式與媒體出現方式對認知負何的影響。

3.3 研究工具

本研究的實驗步驟設計是安排學生進行行動載具的多媒體教材學習課程，學生依所 分配到的實驗組別，分別使用不同媒體呈現方式的行動載具多媒體教材來進行學習，每 一組的教材都有三個單元，學生學習習完每一個單元教材內容後，立即進行學習成效測 驗，並收集學習成效測驗的分數作為實驗結果分析的資料。在三個單元學習完後，請學 生填寫認知負荷量表。所以本研究的研究工具主要有三個，分別是多媒體教材，學習成

效後測試卷，認知負荷量表，將簡單敍述如下： 1. 多媒體教材：本研究之多媒體教材是以國中二年級自然與生活科技的氧化還原反應單 元為教材的教學內容，並以智勝國際科技公司所開發之編輯手 6.0 教材編輯軟體將 教材編輯成符合行動載具螢幕尺寸之多媒體教材。學生可在電腦上透過多媒體教材 各種功能的操作進行學習，為了配合上課時間及課程內容需求，將本研究之多媒體 教材分成三個單元進行學習，以利於時間及課程上的安排及利用。 2. 學習成效後測試卷：本研究之學習成效後測試卷主要是評量學生在學習過多媒體教材 後的學習效果，學習成效後測試卷是根據多媒體教材的內容而設計，配合多媒體教 材的學習內容設計問題題目，學習成效後測試卷共有三個單元，每一個單元為 20 題， 每題皆為選擇題，每一題選擇題都有四個選項，學生由四個選項中選出一個最佳答 案。三個單元的學習成效後測試卷都經過專家審查及信度分析，三個單元的信度分 別為：第一單元為 .872，第二單元為 .902，第三單元為 .824，三個單元的後測試 卷都有很好的信度，本研究之三個單元的學習成就測驗試卷如附錄二。 3. 認知負荷量表：本研究認知負荷量表是參考(宋曜廷， 2000)的認知負荷七點量表， 衡量學習者主觀的心智負荷與心智努力程度，量表中有兩個問題，每一題都有「1 到 7」七個程度選項，第一題是要衡量學習者學習教材時所感受的心智負荷程度，題 目為「我認為此教材的內容在學習上：」，選項從「1」表示非常容易，依序到「7」 表示非常困難，第二題是要衡量學習者學習教材時所需要付出的心智努力程度，題 目為「我覺得花了很大的心力,才能記得教材的內容：」，選項從「1」表示非常不同 意，依序到「7」表示非常同意，以選項上的數字代表量表上的得分，兩題的得分總 和即為本研究之認知負荷的值，兩題總和最高為 14 分，最低為 2 分，得分越高表示 認知負荷越大，本研究之認知負荷量表如附錄一。

3.4 教材分析

本研究教材是以國中二年級自然與生活科技的「氧化還原反應」單元為學習內容， 由於在國中化學概念中，以氧化還原概念及酸鹼鹽概念的學習是最為艱難(陳淑筠， 2002) ，國中學生對氧化還原及燃燒的相關概念會有理解的不完整及不當的錯置與連結 (王瓏真， 2003)，學生在生鏽方面都普遍的存在頗多的迷思(李銘川， 2003) ，雖然 很多非理科的人認為氧化還原反應是屬於較高深的專業化學知識，但其實氣化還原反應

就存在於我們週遭的生活還境中(李岱芳， 2001)，所以有關生活中的氧化還原反應的 科學性知識教材很適合利用全球資訊網透過文字、圖片、影像、等多媒體來輔助教師教 學(祝勤捷， 2002)，因此氧化還原反應適合編輯成多媒體教材，並配合圖片、影像、 文字等多媒體輔助學習，將是學習上的一大利器。 綜上所述，日常生活中常見的氧化還原現象適合藉由多媒體的呈現來幫助學習者了 解氧化還原反應，基於上述的理由，研究者將以「氧化還原反應」單元作為本研究的學 習教材。

3.4.1 學習單元內容

本研究的氧化還原反應教材主要是參照國中二年級自然與生活科技第四冊康軒版 的氧化還原反應課文內容，將課文主要內容整理如表 5，課文內容文字與圖片為圖文分 列方式呈現，且文字數量相當多，在整個教材中，圖片的數目也較少。提供學習者作為 圖片和文字參照鏈結的數量較少，缺乏讓學生可以進行圖文參照鏈結的機會。 表 5 課文主要內容整理摘要 單元 單元一 單元二 單元三 單元名稱 氧化反應 氧化還原反應 生活中的氧化還原 單元主題 元素的燃燒 金屬對氧的活性 實驗:金屬對氧的活性 氧化與還原反應 鋅和氧化 鎂和二氧化碳 金屬的冶煉 生活中的氧化還原 漂白劑 抗氧化劑 圖片數量 10 張 6 張 2 張 課文的圖片實例

3.4.2 多媒體教材內容

本研究之多媒體教材內容是參照參照國中二年級自然與生活科技第四冊康軒版的 氧化還原反應課文內容，多媒體教材中則呈現更多的圖片作為輔助資訊的內容，每一個 輔助資訊大都是一個圖，但僅有少數的輔助工具因為要進行兩張圖的比較，所以會有兩

張圖片同時並列(例如比較全新的鐵鏈與生鏽後的鐵鏈)，將多媒體教材參照課本教材的 主題，及輔助資訊及圖片數量整理如表 6，多媒體教材內容文字與圖片可以有圖文分列 及圖文整合兩種方式呈現，且在輔助資訊中，文字數量不多，且每一個輔助資訊都有提 供圖片，讓學習者可以進行圖片和文字的參照鏈結，整個教材中的圖片的數目也較多。 提供學習者作為圖片和文字參照鏈結的機會較多。 表 6 多媒體教材內容、輔助資訊、圖片數量整理摘要 單元 單元一 單元二 單元三 單元名稱 氧化反應 氧化還原反應 生活中的氧化還原 單元主題 元素的燃燒 金屬對氧的活性 實驗活動:金屬對氧的 活性 氧化與還原 鋅和氧化 鎂和二氧化碳 金屬的冶煉 高爐煉鐵 生活中的氧化還原 漂白劑 抗氧化劑、鐵的生鏽 呼吸作用、光合作用 二氧化硫 輔助資訊 20 個 17 個 22 個 圖片數量 22 張 17 張 24 張 多媒體教材畫 面實例 【資料來源：本研究整理】

3.5 多媒體教材編輯製作

3.5.1 多媒體教材編輯製作軟體─智勝編輯手

本研究所製作的多媒體教材，使用由本研究室所開發，智勝國際科技的編輯手 6.0 軟體為教材製作工具。他的教學理念如下圖 12(智勝國際科技網站， 2009)： 圖 12 智勝編輯手的教學理念 資料來源(智勝國際科技網站， 2009) 智勝編輯手具有以下特點： 1.演員的設定 (1)文字排版功能：同一段文字可設定不同的字級、字型、顏色、,靠左、靠右等。 (2)演員特效：可設定演員特效，支援演員播放秒數設定，可精準控制演員演出時間。 (3)路徑套用特效：可直接套用特殊路徑，作出加速與反彈的效果。

(4) Goole Search 功能：可直接連上 Google 上搜尋功能。解決製作教材素材取得不 易的問題， 2.豐富的編輯功能 (1)步驟化操作設計：建立場景→新增演員→劇情設定→播放檔案→發佈檔案 (2)支援多種媒體格式：如：jpg、jpeg、png、gif，mp3、wav， avi、wmv、mpeg。 (3)提供圖層管理功能：提供場景列表與演員列表，方便管理加入的內容。 (4)利用路徑製作動態效果：可安排演員的進場與走位，可用複製功能設定相同路徑。 (5)活用聲音表情的魅力，吸引學習者的注意：也可利用錄音功能配上生動的旁白。 3.可依滑鼠點擊事件，做不同的演出設定 (1)利用拖拉方式完成劇情設定：劇情設定包含「開場劇情」與「互動劇情」等。 (2)設定換幕或超連結：劇組演出完畢後，可設定跳到其他場景，或開啟超連結網頁。

(3)可依滑鼠點擊事件，做不同的演出設定。 4.立即體驗 Flash 的播放效果 (1)隨時可預覽播放效果。 (2)發佈成 Flash 網頁格式支援與 Web2.0 學習平台無縫式整合。 綜上所述，編輯手 6.0 是一套針對教學及電腦入門者所開發出的一套多媒體製作軟 體，透過引導及視覺化的編輯方式，結合聲音、音樂、文字、影像與影片等媒體素材來 編輯製作多媒體教材，並符合 SCORM1.3 標準，能在學習平台間流通，對教師而言，是 非常容易入門的一套軟體。

3.5.2 多媒體教材畫面設計

本研究之多媒體教材是依國中二年級氧化還原反應之課程標準，編輯成行動載具之 多媒體教材，每份教材都以電腦模擬 3.5 吋之智慧型手機介面之方式進行編輯，3.5 吋是 行動載具中螢幕較大的，尚能有足夠空間容納教材的文字及圖片訊息，在電腦視窗中所 呈現的行動載具規格及螢幕大小均與實際機體相同。如圖 13 所示 【行動載具畫面視窗已設定好的固定視窗大小，學生在電腦上學習時，就能將畫面中的 行動載具的大小固定住，且會保持和真正的 3.5 吋行動載具大小完全相同。】 圖 13 電腦模擬行動載具之視窗畫面

本研究以電腦模揿擬 3.5 吋行動載具時，操作按鈕與實際的行動載具相同，圖 14 為電腦模擬行動載具時之各項搡作說明： 圖 14 電腦模擬 3.5 吋行動載具之各項操作說明 本研究之行動載具畫面內容主要為純文字呈現，而輔助資訊則是以文字加圖片呈 現，行動載具畫面設計編排方式， 輔助資訊可由畫面中的功能按鍵點選後開啟或關閉， 輔助資訊與原來行動載具之主頁面為層屬架構，亦即輔助資訊會出現在原來主頁面上， 而不是翻至下一頁，則要將輔助視窗關閉，主頁面仍然還是停在同一頁，行動載具之頁 面設計將由以下三點說明。 1. 輔助資訊開啟前可看到行動載具的主頁面主要以純文字方式呈現，使用者可按 右下方的功能鍵來開啟輔助資訊，如圖 15 所示。 圖 15 輔助資訊開啟前 下一頁 上一頁 關閉輔助資訊 開啟輔助資訊 輔助資訊

2. 輔助資訊出現在原來的主頁面上方，主頁面並未換頁或關閉，如圖 16 所示。 圖 16 輔助資訊開啟時 3. 將輔助資訊關閉後，畫面仍停留在原來的主頁面上，如圖 17 所示。 圖 17 輔助資訊關閉後

3.5.3 多媒體教材編輯

本研究教材依不同媒體出現順序，不同媒體配置方式，不同媒體出現方式等自變項 之配對組合，其中不同媒體出現順序大致可依圖片與文字的出現順序歸納為三種類型， 本研究統計了 2002~2008 年間臺北市及全國多媒體教材設計競賽之自然領域的得獎作品 的媒體出現順序，如表 7：

表 7 2002~2008 年臺北市及全國多媒體教材設計競賽自然領域得獎作品之媒體出現 順序統計表 可將表 7 歸納為圖片最早出現的「圖文文」順序、圖片在中間出現的「文圖文」順 序以及圖片最後才出現的「文文圖」順序等三種類型，如表 8，其中以「圖文文」順序 的設計數量最多。 表 8 將表 7 歸納後之媒體出現順序統計表 媒體出現順序 出現幕數 圖文文 21 文圖文 11 文文圖 12 本研究將每個單元的教材編輯成七種不同呈現方式之行動載具多媒體教材，茲將這 七種不同呈現方式的教材敍述如下： 一、 不同媒體呈現順序的教材：這類教材分別依「圖-文-文」、「文-圖-文」、「文-文-圖」 等三種不同的媒體呈現順序共編輯成三組，教材中的文字呈現是以閃現式的動態呈 現方式，即文字呈現後會自動消失在螢幕畫面上，依序再出現另一段文字，如此一 來，出現過的文字將不會停留在圖片上，以免文字將圖片遮蔽而影響學習者看圖， 每段文字出現的時間以每分鐘 240 個字(大約每秒四個字)的出現時間呈現整段文 字，以下依三種不同的呈現順序，分別以連續畫面做介紹。 圖文順序 (P：圖片，T：文字) 出現 幕數 圖文順序 (P：圖片，T：文字) 出現 幕數 圖文順序 (P：圖片，T：文字) 出現 幕數 PT 9 TPTPPTTT 1 TP 5 PTT 2 TPPT 1 TTTP 1 PTTT 3 TPTP 1 TTPP 1 PPT 2 TTTTPT 2 TTTTP 2 PPTT 2 TPTPPTTT 2 TPPPPPP 1 PTTPPP 1 TTTTTPPTPTTP 1 TPPPPP 2 PPTPT 1 TPTPPP 1 PPPTPTT 1 TPTPP 2

1. 如圖 18 為「圖-文-文」呈現順序之行動載具上的輔助資訊連續畫面： (1) (2) (3) (4) (5) 圖 18 媒體呈現順序：圖-文-文

2. 如圖 19 為「文-圖-文」呈現順序之行動載具上的輔助資訊連續畫面： (1) (2) (3) (4) (5) 圖 19 媒體呈現順序：文-圖-文

3. 如圖 20 為「文-文-圖」呈現順序之行動載具上的輔助資訊連續畫面： (1) (2) (3) (4) (5) 圖 20 媒體呈現順序：文-文-圖 二、不同的媒體配置方式與不同媒體出現方式做配對組合：媒體配置方式有圖文分列與 圖文整合兩種，媒體出現方式有同時出現和依序出現兩種，所以共可搭配出四種配對組 合的多媒體教材，分別以這四種配對組合的教材之連續畫面做介紹：

1. 如圖 21 為「圖文分列＋同時出現」的行動載具上的輔助資訊畫面： 圖 21 圖文分列＋同時出現之配對組合的教材畫面 2. 如圖 22 為「圖文分列＋依序出現」的行動載具上的輔助資訊連續畫面，每段文字依 序出現的時間間隔以每分鐘 240 個字(大約每秒四個字)的出現時間呈現整段文字，且 文字出現後仍會留在畫面上供學習者與圖片進行參照鏈結： (1) (2) (3) (4) 圖 22 圖文分列＋依序出現之配對組合的教材畫面

3. 如圖 23 為「圖文整合＋同時出現」的行動載具上的輔助資訊連續畫面： 圖 23 圖文整合＋同時出現之配對組合的教材畫面 4. 如圖 24 為「圖文整合＋依序出現」的行動載具上的輔助資訊連續畫面，每段文字依 序出現的時間隔以每分鐘 240 個字(大約每秒四個字)的出現時間呈現整段文字，且文 字出現後仍會留在畫面上供學習者與圖片進行參照鏈結： (1) (2) (3) (4) 圖 24 圖文整合＋依序出現之配對組合的教材畫面

四、將以上七種教材整理成一個簡單表格如表 9： 表 9 行動載具之輔助資訊七種不同媒體呈現方式的教材 變項 呈現方式 輔助資訊畫面 呈現順序 圖-文-文 (1) (2) (3) (4) (5)

呈現順序 文-圖-文 (1) (2) (3) (4) (5)

呈現順序 文-文-圖 (1) (2) (3) (4) (5)